高层转换层结构设计论议

摘要：转换层结构在现代高层建筑建设中的应用越来越广泛。转换层结构能够使建筑空间更加灵活，提高建筑的使用功能，但是转换层容易造成传力路线曲折、应力集中与变形集中。因此，合理设计转换层结构，是提高高层建筑质量的重要保证。

关键词：高层；转换层；结构设计

Abstract: the conversion layers structure in the modern high-rise buildings of the application of the construction of more and more widely. Conversion layers structure can make a building space more flexible, improve the use function of the building, but the conversion layer easy to cause the power transmission line, stress concentration and deformation and concentration. Therefore, reasonable design conversion layers structure, improve the quality of the high-rise building is the important guarantee.

Keywords: top; Conversion layers; Structure design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

引言

高层建筑功能多样，体型复杂。部分高层建筑上部需要满足住宅或宾馆等功能需求；中部需要满足办公用房等需求；下部需要满足商店、酒店等功能需求。不同的功能需求，决定了高层建筑的不同部位需要采用不同的结构形式。因此，转换层结构设计逐渐成为了高层建筑设计的重点。

1转换层的功能与结构形式

1.1转换层的功能

高层建筑设计中采用转换层结构，能够实现以下功能。首先，建筑功能。提供较大的室内空间和出入口。其次，结构功能。转换层能够实现上下结构类型的转换，使得上部剪力墙结构和下部框架结构能够有机融合，使建筑拥有更大的内部空间，例如广州金鹰大厦等高层建筑就是采用此类转换层。转换层能够改变轴线、上下层柱网，却不改变上下层结构形式，从而扩大下部柱距，形成大柱网。例如南京新世纪广场A楼就是采用此类转换层。转换层能够是上部剪力墙结构转变为框架结构，错开上部楼层轴线和柱网轴线，错位布置上部结构和下部结构。例如深圳华侨酒店就是采用此类转换层。

1.2转换层的结构形式

在建筑工程中，转换层的结构形式主要包括：梁式转换层、厚板转换层、箱形转换层、斜杆桁架式转换层、空腹桁转换层以及巨型框架转换层等。我国高层建筑中运用转换层的建筑数量较多，其中箱形转换层约占3.6%，桁架转换层约占9.5%，板式转换层约占11.9%，梁式转换层约占75%。梁式转换层具有设计简单、施工方便、受力明确等优点，其转换梁可以沿着横向或纵向进行平行布置。如果需要纵横向一起转换，就可以布置双向梁。通常，底部大空间剪力墙结构大多应用梁式转换层。如果柱网轴线错开过多，使用梁难以直接承托，就应当采用厚板式转换层。这种转换层可以灵活布置下层的柱网，不过耗费的材料过多，自重也较大。箱型转换层在建筑结构中应用的较少，一般常用于铁路工程当中。

2高层转换层结构设计

2.1选择恰当的转换层结构形式

根据受力方式、经济指标、抗震性能等情况，选择恰当的转换层结构形式是转换层结构设计的首要环节。

首先，受力方式分析。梁式转换层具有清楚的传力途径，传力明确、直接。转换梁构造简单、受力性能好、施工方便、工作可靠，并且结构计算也比较容易。转换桁架和转换梁一样传力途径清楚，传力明确。转换桁架的大小与位置都具有一定的灵活性，有利于转换层空间的充分利用，但是转换桁架的构造相对复杂，施工难度也较大。板式转换层受力复杂、传力不清楚，上部结构不容易布置，结构计算相对复杂。

其次，经济指标分析。从抗冲切与抗剪角度来看，转换板具有很大的厚度，混凝土用量较大，使得自身重量较大，导致建筑项目对下部垂直构件承载力的要求增大。转换梁的截面高度通常为1.6-4.0m。如果承托层数少或跨度较小，截面高度就可以适当降低为0.9-1.4m；如果承托数较多或跨度较大，截面高度就应当较大。梁式转换层所需的混凝土量一般只是板式转换层所需的混凝土量的二分之一。综合分析工程实践，转换桁架所需的混凝土和钢材用量比转换梁所需用量要小，所以相对经济。

第三，抗震性能分析。厚板具有很大的质量和刚度，在地震中反应强烈。受力较大的板身容易发生竖向刚度突变，较大的作用力施加在相邻的上下层结构上，容易引发震害。相关研究发现厚板相邻的上下层结构容易发生混凝土剥落、裂缝，板可能会受到冲切破坏和剪切破坏，因此需要三向配筋。而转换桁架的节间填充材料为轻质建筑材料，结构自重相对较轻。与转换梁相比，转换桁架具有较小的抗侧力刚度，采用桁架转换层的建筑具有较为缓和的刚度与质量突变，地震反应也要小得多。

2.2结构布置

转换层位置越高，简体或落地剪力墙就越容易出现裂缝，增大框支柱的内力，上部转换层周围的墙体就越容易被破坏，建筑抗震性就越差。如果底部设有转换层结构，就应当布置可靠的转换构件。一般可以采用的转换构件包括大梁、厚板、桁架、斜撑等。布置框支柱和落地剪力墙，有利于保护转换层的下部结构，防止其在地震中坍塌。

2.3确定合理的刚度比

为了确保转换层的下部空间结构具有良好的延性、强度、刚度与抗震能力，就应当减弱上部主体结构的刚度，加强下部主体结构的刚度，确定合理的上下主体结构的侧向刚度比，尽量使上部主体结构刚度和下部主体结构的刚度相接近。加强剪切刚度比的控制，是为了防止出现过大的竖向刚度差距。具体可以采用以下措施：扩大内部抽柱的框架结构和柱距的框筒结构。剪切刚度比为1，上下层剪切刚度保持不变；采用大空间的底部剪力墙结构；采用上部鱼骨式剪力墙结构；采用大空间大底盘剪力墙结构。因为转换层附近结构具有十分复杂的内力，所以在实际工程中应当首先确定剪力墙的布置，根据建筑工程项目的设计要求，计算、调整转换层所用构件的尺寸。计算时，应当取构件的最大剪力，算出纵向配筋面积、配筋率和剪跨比，并加以对比。

3结语

转换层结构能够实现高层建筑上部结构与下部结构的转换或融合，满足高层建筑功能多样化的需求。在高层转换层结构设计中，应当综合考虑建筑工程项目的具体条件，充分分析受力方式、经济指标、抗震性能等情况，合理选用梁式转换层、厚板转换层、箱形转换层、斜杆桁架式转换层、空腹桁转换层以及巨型框架转换层等结构形式，进行科学的结构设计，以提高建筑质量。

参考文献：

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